專利名稱:?jiǎn)螖z像儀器自動(dòng)定位圖像成像平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種為了三維重構(gòu)研究而拍攝不同角度二維圖像的單攝像儀器自動(dòng)定位 裝置,尤其是自動(dòng)確定單攝像儀器在半球面內(nèi)任意拍攝位置的裝置。
背景技術(shù):
目前,為了根據(jù)目標(biāo)的二位圖像完全恢復(fù)目標(biāo)的三維模型,需要目標(biāo)已知拍攝角度的多幅 二維圖像。而拍攝環(huán)境大都是在一個(gè)以攝取目標(biāo)為球心的半球面的幾個(gè)固定位置各安裝一個(gè) 參數(shù)相同的攝像儀器。攝取圖像時(shí),將目標(biāo)固定在球心處,半球上各固定位置的攝像儀器分 別拍攝圖像,得到目標(biāo)在不同角度的圖像。但是,這種方法得到的目標(biāo)圖像是有限的固定角 度的圖像,而不是任意拍攝角度的圖像,信息量有限,不利目標(biāo)三維重構(gòu),而且需要多個(gè)攝 像儀器,由于攝像儀器成本高,增大了資本投入。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的三維重構(gòu)圖像拍攝時(shí)攝像儀器定位存在的攝取角度有限和投資大的不 足,本實(shí)用新型提供一種單攝像儀器自動(dòng)定位圖像成像平臺(tái),該成像平臺(tái)在拍攝目標(biāo)圖像時(shí) 不但只需要一個(gè)攝像儀器,而且能自動(dòng)定位攝像儀器在半球面上任意拍攝的位背。
為達(dá)到上述目的,本實(shí)用新型所提供的單攝像儀器自動(dòng)定位圖像成像平臺(tái)包括 一個(gè)工作臺(tái)、 一個(gè)帶有鋸齒的半圓軌道、三個(gè)梁、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、 一個(gè)MPC07控制卡,-個(gè)配重和 --個(gè)vb控制軟件組成。各部分關(guān)系如下MPC07控制卡安裝在主:機(jī)箱內(nèi)的PC1插槽內(nèi);外
側(cè)帶鋸齒的半圓形軌道兩端外端各有一個(gè)軸,兩端分別通過帶有軸承的固定裝置橫跨安裝在 工作臺(tái)的平行兩側(cè);工作臺(tái)有半圓形軌道固定端的一邊外側(cè)安裝有一個(gè)電器柜,電器柜內(nèi)裝 有兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)與電源的接線,電器柜上側(cè)外面安裝-個(gè)功率稍大的沐進(jìn)電機(jī),該 歩進(jìn)電機(jī)輸出軸指向工作臺(tái)內(nèi)并高出工作臺(tái)面,其輸出軸與帶鋸齒的半圓形軌道一端的軸連接,帶鋸齒的半圓形軌道的另--端軸安裝配重;半圓形軌道上安裝有一個(gè)功率較小的步進(jìn)電 杉L,改歩進(jìn)電機(jī)通過齒輪與半圓形軌道外側(cè)的鋸齒帶相嚙合;小功率的電機(jī)上同定-個(gè)與半 圓形軌道切線相垂直的梁,該梁上固定-個(gè)與其垂直的梁,第二個(gè)梁上固定-個(gè)與其垂直但 與第一梁平行的三梁,三梁上固定攝影儀器,攝影儀器的光軸指向工作臺(tái)且與三梁平行。 通過使用者對(duì)控制軟件的不同輸入,MPC07控制卡控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別運(yùn)動(dòng),功率
較大的電,動(dòng)邀個(gè)半圓^UI^而^^攝像儀M垂直半圓fai0f在平面的方向上-90。 90°的 轉(zhuǎn)動(dòng);安裝在半圓形軌道上的電機(jī)通過帶動(dòng)三個(gè)梁從而帶動(dòng)攝像儀器在帶鋸齒的半圓形軌道 所確定平面內(nèi)-卯。 90運(yùn)動(dòng)。
小功率電機(jī)輸出軸通過齒輪和外側(cè)帶有鋸齒的半圓形軌道相嚙合,這是為了防止小功率 電機(jī)帶動(dòng)攝像儀器沿半圓形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)由于重力作用而打滑。
同時(shí),兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)上都安裝了減速器,從而使電機(jī)帶動(dòng)攝像儀器運(yùn)行時(shí)緩慢、平穩(wěn)。
本實(shí)用新型的有益效果是通過兩個(gè)電機(jī)先后分別帶動(dòng)攝像儀器在兩個(gè)半圓上轉(zhuǎn)動(dòng)一定 的角度,可以自動(dòng)定位單攝像儀器在半球面內(nèi)的任意攝取位置,從而獲得放置在工作臺(tái)上目 標(biāo)的上半空間任意角度的二維圖像。
圖l是本實(shí)用新型的裝置原理圖
圖2是MPC07控制卡結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是轉(zhuǎn)接板的四排端子與電源的連接以及端子之間的短接
圖4是轉(zhuǎn)接板接線圖
圖5是一軸電機(jī)接線圖
圖6是二軸電機(jī)接線圖
閣7是開關(guān)量輸入信號(hào)接線方法
圖中l(wèi).電器柜,2. 二軸電機(jī)和減速器,3.三梁,4. 二梁,5.—梁,6. -軸電機(jī)和減速 器,7.齒型帶,8.半圓形軌道,9.工作臺(tái),10.配重具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的具體的軟和硬件實(shí)施、工作原理。 --、實(shí)用新型硬件的安裝
如圖2, MPC07控制卡的安裝
MPC07控制卡的安裝包括硬件和軟件的安裝
1)硬件的安裝
MPC07控制卡對(duì)PC機(jī)的硬件要求十分簡(jiǎn)單能安裝Windows 98、 2000、 XP等操作系 統(tǒng),并帶有PCI插槽的486以上機(jī)型即可,建議使用更高主頻的Pentium及以上機(jī)型以獲取 更好的性能。為了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性,建議使用工控PC機(jī)。
MPC07卡基于PCI總線,因此卡上無需進(jìn)行跳線設(shè)置。為了保證安全,插卡時(shí)應(yīng)按照下 列歩驟操作
① 關(guān)PC機(jī),并切斷電源;
② 打開PC機(jī)箱,選擇未用的PCI擴(kuò)展槽,并插入MPC07控制卡;
③ 固定MPC07控制卡,并蓋好PC機(jī);
④ 連接MPC07與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等;
⑤ 接上電源,并啟動(dòng)PC機(jī)。
注意在選用普通PC機(jī)時(shí)為避免產(chǎn)生潛在的資源沖突從而導(dǎo)致控制卡驅(qū)動(dòng)程序無法正 常加載,建議盡量不要選用集成了聲卡、顯卡、網(wǎng)卡等多種設(shè)備的集成主板。
2)軟件的安裝
在Windows98、 2000、 XP平臺(tái)下,由于操作系統(tǒng)支持即插即用,當(dāng)卡正確插入PCI插 槽,操作系統(tǒng)啟動(dòng)后將會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到PCIcard,此時(shí)可按照以下步驟完成驅(qū)動(dòng)程序、函數(shù)庫 以及示例程序的安裝。其安裝過程可以參考《MPC07控制卡操作手冊(cè)》。
如圖3,所示的1-1-0符號(hào)為端子號(hào),第一位數(shù)字表示為第幾排端子,,第二位數(shù)表示 該排第兒列端子,第三位數(shù)字即表示該列端子的順序號(hào),上面的端子用O編號(hào),下面的端子 用1編號(hào)。示例即表示為第一排端子的第一列的0號(hào)端子;如果端子號(hào)的前兩位數(shù)字相同, 說明其是導(dǎo)通的。如端子號(hào)分別為1-1-0和1-1-1就是導(dǎo)通的;接線完畢后,請(qǐng)對(duì)照說明書 進(jìn)行檢査,以免有接線錯(cuò)誤。 如圖4,驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)的連接
本實(shí)用新型使用了兩個(gè)歩進(jìn)電機(jī)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)'器。 一軸的電機(jī)的型號(hào)是DM5654A,驅(qū)動(dòng)器 的型號(hào)為DMD403, 二軸采用的電機(jī)的型號(hào)是DM86130A,驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為DMD808,此 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器采用串聯(lián)接法。
如圖4,驅(qū)動(dòng)器與電源的連接,兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都與24V電源相連接,24V+接DC+, 24-接 DC-。
如圖4,接近開關(guān)和行程開關(guān)的接法,MPC07卡的開關(guān)量輸入信號(hào)(限位、減速、原點(diǎn)、 外部報(bào)警和通用輸入),可以是觸點(diǎn)型開關(guān),也可以是NPN輸出的傳感器接近開關(guān)等。
如圖5,一軸電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)器接線,A+ (黑),A-(綠),B+ (紅),B-(藍(lán))。
如圖6, 二軸電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)器接線,A+ (黑),A-(橙),B+ (紅),B-(黃),黑白與橙 白短接,紅白與黃白短接。 二、設(shè)備硬件的調(diào)試
在調(diào)試此設(shè)備的運(yùn)行的過程中,需要注意以下事項(xiàng)1)在安裝MPC07控制卡時(shí)如果遇到如下問題請(qǐng)參考《MPC07控制卡操作手冊(cè)》 Windows起動(dòng)后未出現(xiàn)檢測(cè)到PCI Card的信息;
② 出現(xiàn)了檢測(cè)到PCI Card的信息,但無法正確加載驅(qū)動(dòng)程序
③ 驅(qū)動(dòng)程序安裝正確,但無法正常發(fā)脈沖
2) 開始運(yùn)行前首先檢査設(shè)備是否在原點(diǎn)位置,程序有顯示"一軸原點(diǎn)狀態(tài),二軸原點(diǎn) 狀態(tài)"當(dāng)顯示為l時(shí)說明其在原點(diǎn),顯示為O時(shí)不在原點(diǎn)。如果不在,可先進(jìn)行回原 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行歸位;
3) 歸位后根據(jù)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的需要,先運(yùn)行二軸使其達(dá)到一個(gè)正的角度,可以設(shè)定為15° , 然后運(yùn)行一軸使鏡頭到達(dá)合適的角度。然后再次運(yùn)行二軸到達(dá)所要求的位置。也就是 說在調(diào)整一軸的位置時(shí),需要先需要調(diào)整二軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)正的角度,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)大約 15°比較合適;
4) 如果一軸的齒輪在同歩帶上的運(yùn)行過程中有丟步的現(xiàn)象可以調(diào)整半圓形軌道上的金 屬塊使其稍微向上移,然后再調(diào)試運(yùn)行
5) 使用完設(shè)備后注意進(jìn)行歸位進(jìn)行回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的情況分別進(jìn)行正向回原點(diǎn) 或負(fù)向回原點(diǎn)。并關(guān)閉空氣開關(guān)切斷電源,以保證安全;
三、設(shè)備軟件的使用
本設(shè)備提供一個(gè)基本的VB程序供用戶調(diào)試使用,此程序包括了回原點(diǎn)控制,一軸和 二軸的運(yùn)動(dòng)控制及參數(shù)的設(shè)定。如果用戶還需要一個(gè)實(shí)現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)控制,可在本程序的基礎(chǔ) 上添加其他控制功能,關(guān)于MPC07控制卡的函數(shù)的使用可以參考《MPC07控制卡操作手冊(cè)》。 本章詳細(xì)地描述了 MPC07運(yùn)動(dòng)庫中的每一個(gè)函數(shù)。包括如下函數(shù)
1) 控制卡和軸設(shè)置函數(shù);
2) 運(yùn)動(dòng)指令函數(shù)(包括獨(dú)立運(yùn)動(dòng)函數(shù)和插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù))
獨(dú)立運(yùn)動(dòng)函數(shù)包括點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)函數(shù);連續(xù)運(yùn)動(dòng)函數(shù);回原點(diǎn)函數(shù)。
插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù)包括常矢量速度、梯形矢量速度等設(shè)置和讀取函數(shù);線性插補(bǔ)函數(shù)
3) 制動(dòng)函數(shù);
4) 位置和狀態(tài)設(shè)置函數(shù);
5) 位置和狀態(tài)査詢函數(shù);
6) I/O 口操作函數(shù);
7) 其它函數(shù)。
其中,在函數(shù)庫中使用的單位和函數(shù)返回值約定通常如下 單位 1〉位移(或距離)的單位為F (Fulse),即脈沖數(shù) 2) 速度的單位是PPS (Pulse/sec),即脈沖/秒; 3) 加速度和減速度的單位是PPSS (Pulse/sec2),即脈沖/秒2。 函數(shù)返回值 運(yùn)動(dòng)庫中的大多數(shù)函數(shù)是整型函數(shù),它們的返回意義如下 0 函數(shù)執(zhí)行正確; -1 函數(shù)執(zhí)行錯(cuò)誤。 注意本設(shè)備提供的VB程序只需輸入所需要運(yùn)行到某個(gè)位置的角度值。本程序已經(jīng)實(shí) 現(xiàn)了脈沖數(shù)與角度的轉(zhuǎn)化。 四、設(shè)備軟件的調(diào)試 1) 按照本設(shè)備的要求進(jìn)行調(diào)試,當(dāng)遇到如下問題時(shí)可以參考《MPC07控制卡操作手冊(cè)》。 ① 運(yùn)行EXE文件時(shí)系統(tǒng)顯示找不到DLL文件; ② 如何將開發(fā)的軟件系統(tǒng)制作成安裝程序后發(fā)行給最終用戶; ③ 軟件能夠正常啟動(dòng),但無法產(chǎn)生運(yùn)動(dòng); ④ 如何升級(jí)函數(shù)庫; ⑤ 多卡共用問題。 2) 運(yùn)行本設(shè)備提供的VB程序應(yīng)注意以下幾點(diǎn) ① 當(dāng)開機(jī)后,檢測(cè)兩軸是否在原點(diǎn)位置,如果兩軸不在原點(diǎn)位置,則需要點(diǎn)擊常速運(yùn) 動(dòng)按鈕,使其達(dá)到原點(diǎn)位置,并進(jìn)行清零命令。 ② 測(cè)試過程中,若測(cè)試完一個(gè)物體,再測(cè)另一個(gè)物體時(shí),需要進(jìn)行回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng),此時(shí) 根據(jù)其位置而選擇正向回原點(diǎn)或者負(fù)向回原點(diǎn)命令。 ③ 使用完設(shè)備后注意進(jìn)行歸位進(jìn)行回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的情況分別進(jìn)行正向回原點(diǎn) 或負(fù)向回原點(diǎn), 一軸回原點(diǎn)時(shí)二軸一般要位于15°的位置,然后在把二軸進(jìn)行回原 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。 ④ 回原點(diǎn)后一'軸和二軸顯示的位置并不為0,并且實(shí)際位置也不在接近開關(guān)的原點(diǎn)。 這時(shí)點(diǎn)擊各自的清零按鈕,會(huì)有一個(gè)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng),以使一軸和二軸回到實(shí)際的接近開 關(guān)的中間位置,并且一軸和二軸顯示的位置為0。
⑤當(dāng)關(guān)閉應(yīng)用程序界面窗口時(shí),如果有任何一軸沒有回原點(diǎn)會(huì)提示用戶進(jìn)行回原點(diǎn)運(yùn) 動(dòng)。
五、操作步驟
1) 將攝像儀器固定在梁三上,光軸與梁一平行且豎直向下,在攝像儀器的正下方放置要 攝取的目標(biāo);
2) 在VB程序中選定二軸電機(jī)控制,輸入想要帶鋸齒的半圓軌道帶動(dòng)攝像儀器繞直徑旋 轉(zhuǎn)的角度;
3) 在VB程序中選定一軸電機(jī)控制,輸入想要以軸電機(jī)帶動(dòng)攝像儀器沿帶鋸齒的半圓形 軌道旋轉(zhuǎn)的角度;
4) 測(cè)量此時(shí)攝像儀中心相對(duì)于攝取目標(biāo)為原點(diǎn)的地面坐標(biāo)的三維坐標(biāo);
5) 根據(jù)以Y軸為主軸的伊-w-K轉(zhuǎn)角原理系統(tǒng)可以得到獲取的二維圖像上的任意點(diǎn)在
以攝取目標(biāo)為原點(diǎn)的地面坐標(biāo)的三維坐標(biāo).
權(quán)利要求1、一種單攝像儀器自動(dòng)定位圖像成像平臺(tái)包括工作臺(tái)、一個(gè)半圓形圓弧軌道、至少兩個(gè)支撐梁、一個(gè)攝像儀器、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制卡組成,其特征是所述半圓形圓弧軌道兩端安裝于所述工作臺(tái)兩側(cè),且一端與所述步進(jìn)電機(jī)中的一個(gè)相連,由電機(jī)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn);所述支撐梁與半圓形圓弧軌道相連,由所述步進(jìn)電機(jī)中的另一個(gè)驅(qū)動(dòng),沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng);所述攝像儀器連接在所述支撐梁上,與支撐梁一起運(yùn)動(dòng);所述的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸在空間結(jié)構(gòu)上總是保持垂直;所述電機(jī)控制卡控制所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
專利摘要一種單攝像儀器自動(dòng)定位圖像成像平臺(tái)。它包括一臺(tái)可存取拍攝圖像的攝像儀器和一個(gè)可放置拍攝目標(biāo)的工作臺(tái)(9),通過電機(jī)控制卡控制電機(jī)(2),帶動(dòng)固定在三梁(3)上的攝像儀器跟隨半圓形軌道(8)旋轉(zhuǎn)一定角度,再控制電機(jī)(6),帶動(dòng)固定在三梁(3)上的攝像儀器沿著半圓形軌道(8)轉(zhuǎn)動(dòng)指定角度,通過兩次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)攝像儀器在半球面上的任意拍攝角度,獲得目標(biāo)任意角度的二維圖像。
文檔編號(hào)H04N5/225GK201178453SQ200720001169
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者付冬梅 申請(qǐng)人:付冬梅;劉 江